Термоэлектрические явления. Эффект Зеебека. Эффект Пельтье. Эффект Томсона

Пьезоэлектричество. Пьезоэлектрики и их применение. Сегнетоэлектрики и электреты, их свойства и применение.

Пьезоэлектричество (от греч. piézo — давлю и Электричество) явления возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Пьезоэлектрики – кристаллические вещества, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризация даже в отсутствие эл. поля. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. Кюри на кристалле Кварца. В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются Сегнетова соль, титанат бария и др. Пьезоэлектрики широко применяют в технике, акустике, радиофизике и т.д. Их применение основано на преобразовании электрических сигналов в механические и наоборот. Пьезоэлектрики используются в резонаторах, входящих в состав генераторов, фильтров, различного рода преобразователей и датчиков.

Сегнетоэлектрики – диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной поляризацией, т.е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля. К ним относятся хорошо изученные сегнетова соль (от нее и получили название сегнетоэлектрики) NaKC4H4O6ˑ4H2O и титанат бария BaTiO3. Сегнетоэлектрики широко применяется во многих областях современной техники: радиотехнике, электроакустике, квантовой электронике и измерительной технике.

Электреты – диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего электрического поля. Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов: преобразователей механических, тепловых, акустических (микрофонах), оптических, радиационных и др. сигналов в электрические (в импульсы тока), запоминающих устройств, электродвигателей, генераторов; фильтров и мембран; противокоррозионных конструкций; узлов трения; систем герметизации; медицинских аппликаторов, антитромбогенных имплантатов

Термоэлектри́ческие явле́ния — совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках.К термоэлектрическим явлениям относятся:Эффект Зеебека,Эффект Пельтье,Эффект Томсона.В некоторой степени все эти эффекты одинаковы, поскольку причина всех термоэлектрических явлений — нарушение теплового равновесия в потоке носителей (то есть отличие средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми).

Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой.Величина возникающей термо-ЭДС в первом приближении зависит только от материала проводников и температур горячего (T1) и холодного (T2) контактов.В небольшом интервале температур термо-ЭДС можно считать пропорциональной разности температур: где — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термо-ЭДС). В простейшем случае коэффициент термо-ЭДС определяется только материалами проводников, однако, строго говоря, он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры меняет знак. Более корректное выражение для термЭДС: Величина термо-ЭДС составляет милливольты при разности температур в 100 К и температуре холодного спая в 0 °С (например, пара медь-константан даёт 4,25 мВ, платина-платинородий — 0,643 мВ, нихром-никель — 4,1 мВ.

Эффект Пельтье — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока:

Q = П_АBIt = (П_B-П_A)It, где Q — количество выделенного или поглощённого тепла;I — сила тока;t — время протекания тока;П — коэффициент Пельтье, который связан с коэффициентом термо-ЭДС α вторым соотношением Томсона П = αT, где Т — абсолютная температура в K.

Эффект Томсона — одно из термоэлектрических явлений, заключающееся в том, что в однородном неравномерно нагретом проводнике с постоянным током, дополнительно к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля — Ленца, в объёме проводника будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона в зависимости от направления тока.Количество теплоты Томсона пропорционально силе тока, времени и перепаду температур, зависит от направления тока. В общем случае, количество тепла, выделяемое в объёме dV, определяется соотношением: где

— коэффициент Томсона.

Дата добавления: 2015-03-29